CN105965155B - 一种均匀控制激光功率的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种均匀控制激光功率的方法，包括以下步骤：S1、预先设定开关光参数、采集周期；S2、切割开始后，运动控制器采集当前切割的运动矢量速度；S3、根据所述运动矢量速度和所述采集周期，得到距离参数；S4、根据所述距离参数和所述开关光参数，得到开关光次数；S5、根据所述开光次数得到PWM波形，利用所述PWM波形控制CO2激光器开关的开断，其中，所述PWM波形频率的大小为所述开光次数。本发明的均匀控制激光功率的方法能够实时精确的控制激光管的切割功率，使得在切割速度变化时，也能达到切割工件烧蚀均匀性的工艺要求。

Description

一种均匀控制激光功率的方法及系统
技术领域
本发明涉及激光切割领域，特别涉及一种均匀控制激光功率的方法及系统。
背景技术
CO2激光切割控制系统是利用聚焦的高功率激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化或烧蚀，同时通过设定特定的轨迹，在工件上加工出预期图形形状。CO2激光管的功率是通过CO2激光器来控制的，运动控制器通过控制CO2激光器来控制CO2激光管的出光功率的大小，通常CO2用来控制激光功率大小的接口为模拟量（0~5V）。所以只要运动控制器输出一个模拟量（0~5V）给CO2激光器，就可以间接的控制CO2激光管的功率大小。
现有的方案主要是通过外接一个可变电阻，通过调节可变电阻的阻值来输出一个0~5V的电压给CO2激光器。这个方案的最大缺点就是在一个切割运动中，CO2激光管的功率是一个恒定值，而切割路径的速度是不断变化的，这就导致在速度低的地方激光烧蚀工件材料要严重一点，而速度高的地方激光烧蚀工件的程度有可能还不足，无法达到切割工件烧蚀均匀性的工艺要求。
发明内容
本发明在于克服现有技术的上述不足，提供一种切割功率随切割速度不断变化、到达均匀切割的CO2激光切割功率控制方法及系统。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种均匀控制激光功率的方法，包括以下步骤：
S1、预先设定开关光参数、采集周期；
S2、切割开始后，运动控制器采集当前切割的运动矢量速度；
S3、根据所述运动矢量速度和所述采集周期，得到距离参数；
S4、根据所述距离参数和所述开关光参数，得到开关光次数；
S5、根据所述开光次数得到PWM波形，利用所述PWM波形控制CO2激光器开关的开断，其中，所述PWM波形频率的大小为所述开光次数。
进一步地，所述采集周期为1ms。
进一步地，所述距离参数为：
L=V×Δt，其中V为当前切割的运动矢量速度，Δt为预先设定的采集周期。
进一步地，所述开关光次数为：
A=L×N，其中N为预先设定的开关光参数。
本发明同时提供一种均匀控制激光功率的系统，包括依次连接的运动控制器、数据处理器、CO2激光器，
所述数据处理器存储有预先设定的开关光参数、采集周期；
所述运动控制器用于在切割开始后采集当前切割的运动矢量速度，并将所述运动矢量速度发送到数据处理器；
所述数据处理器还用于根据所述运动矢量速度和所述采集周期，得到距离参数；
所述数据处理器还用于根据所述距离参数和所述开关光参数，得到开关光次数；
所述数据处理器还用于根据所述开光次数得到PWM波形，并利用所述PWM波形控制CO2激光器开关的开断，所述CO2激光器用于根据开关的开断控制切割时的光功率，其中，所述PWM波形频率的大小为所述开光次数。
进一步地，所述采集周期为1ms。
进一步地，所述距离参数为：
L=V×Δt，其中V为当前切割的运动矢量速度，Δt为预先设定的采集周期。
进一步地，所述开关光次数为：
A=L×N，其中N为预先设定的开关光参数。
进一步地，所述数据处理器为FPGA芯片。
进一步地，所述数据处理器与所述CO2激光器之间设置有光电耦合器。
与现有技术相比，本发明的有益效果
本发明的均匀控制激光功率的方法能够实时精确的控制激光管的切割功率，使得在切割速度变化时，也能达到切割工件烧蚀均匀性的工艺要求。
附图说明
图1是本发明的均匀控制激光功率的方法流程框图。
图2是本发明的均匀控制激光功率的系统模块框图。
图3是本发明的一个具体实施例示出的均匀控制激光功率的系统框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1：
图1是本发明的均匀控制激光功率的方法流程框图，包括以下步骤：
S1、预先设定开关光参数、采集周期；
S2、切割开始后，运动控制器采集当前切割的运动矢量速度；
S3、根据所述运动矢量速度和所述采集周期，得到距离参数；
S4、根据所述距离参数和所述开关光参数，得到开关光次数；
S5、根据所述开光次数得到PWM波形，利用所述PWM波形控制CO2激光器开关的开断，其中，所述PWM波形频率的大小为所述开光次数。
本发明的均匀控制激光功率的方法能够实时精确的控制激光管的切割功率，使得在切割速度变化时，也能达到切割工件烧蚀均匀性的工艺要求。
在一个具体实施方式中，所述采集周期为1ms。
在一个具体实施方式中，所述距离参数为：
L=V×Δt，其中V为当前切割的运动矢量速度，Δt为预先设定的采集周期。
在一个具体实施方式中，所述开关光次数为：
A=L×N，其中N为预先设定的开关光参数。
本发明同时提供一种均匀控制激光功率的系统，具体的，参看图2，包括依次连接的运动控制器1、数据处理器2、CO2激光器3，
所述数据处理器2存储有预先设定的开关光参数、采集周期；
所述运动控制器1用于在切割开始后采集当前切割的运动矢量速度，并将所述运动矢量速度发送到数据处理器2；
所述数据处理器2还用于根据所述运动矢量速度和所述采集周期，得到距离参数；
所述数据处理器2还用于根据所述距离参数和所述开关光参数，得到开关光次数；
所述数据处理器2还用于根据所述开光次数得到PWM波形，并利用所述PWM波形控制CO2激光器3开关的开断，所述CO2激光器3用于根据开关的开断控制切割时的光功率，其中，所述PWM波形频率的大小为所述开光次数。
一般的，在一次切割过程中，根据图纸预先设计好切割程序，由于在切割过程中切割路径的速度可能是不断变化的，然而，切割速度是无法自由控制的，因此本发明通过频繁的开关光来达到均匀控制激光功率的目的，将不可控的速度变量转换为可控的脉冲变量，达到实时控制激光发射功率的目的。
具体的，如果激光出光的时间足够短，那么每次激光就只会在工件上烧蚀或熔化一个点，而无数个连续的这个点就形成了一条完整的切割线。根据此原理，我们需要定义一个规定距离内需要打多少个点（参数N），通常为1mm距离内打多少点，及激光头运动1mm，激光开关光多少次。每开关光1次就在工件表面留下一个点。通过实时采集当前的运动速度，采集周期为1ms，将采集回的当前速度转化距离L=V×Δt，这里的Δt为速度采集周期1ms。通过距离L我们计算出需要的开关光次数，开关光次数A = L×N，式中N为前面设置的规定距离内打点的个数。控制器将在接下1ms内将计数出的开关光次数转化为PWM波形，PWM的频率fpwm= A;此PWM波接入到CO2激光器的开关接口，而CO2激光器的模拟量接口常接5V（最大功率）。当PWM波形为高电平时激光开光，当CO2为低电平时激光关光，每一个PWM周期激光开关一次，将在工件表面烧蚀一个点，无数个连续的点就形成了我们的切割轨迹，继而根据采集切割时的速度，控制在下一个1ms内的打点数量，间接的控制功率大小，达到切割工件烧蚀均匀性的工艺要求。
在一个具体实施方式中，所述采集周期为1ms。
当然，采集周期越短，控制精度就越高，对设备性能的要求也就越高，在具体实施中，可根据实际对工件的精度要求来控制采集周期。
在一个具体实施方式中，所述距离参数为：
L=V×Δt，其中V为当前切割的运动矢量速度，Δt为预先设定的采集周期。
在一个具体实施方式中，所述开关光次数为：
A=L×N，其中N为预先设定的开关光参数。
在一个具体实施方式中，所述数据处理器为FPGA芯片。
在一个具体实施方式中，所述数据处理器2与所述CO2激光器3之间设置有光电耦合器4，所述光电耦合器为高速光耦。参看图3，这样，FPGA电路22发出的切割功率信号通过该高速光耦4传递至CO2激光器3，这样就可有效避免数据处理器2受到CO2激光器3瞬时高压带来的外部干扰。
上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (10)

1.一种均匀控制激光功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、预先设定开关光参数、采集周期；
S2、切割开始后，运动控制器采集当前切割的运动矢量速度；
S3、根据所述运动矢量速度和所述采集周期，得到距离参数；
S4、根据所述距离参数和所述开关光参数，得到开关光次数；
S5、根据所述开关光次数得到PWM波形，利用所述PWM波形控制CO2激光器开关的开断，其中，所述PWM波形频率的大小为所述开关光次数。
2.根据权利要求1所述的均匀控制激光功率的方法，其特征在于，所述采集周期为1ms。
3.根据权利要求1所述的均匀控制激光功率的方法，其特征在于，所述距离参数为：
L＝V×Δt，其中V为当前切割的运动矢量速度，Δt为预先设定的采集周期。
4.根据权利要求3所述的均匀控制激光功率的方法，其特征在于，所述开关光次数为：
A＝L×N，其中N为预先设定的开关光参数。
5.一种均匀控制激光功率的系统，其特征在于，包括依次连接的运动控制器、数据处理器、CO2激光器，
所述数据处理器存储有预先设定的开关光参数、采集周期；
所述运动控制器用于在切割开始后采集当前切割的运动矢量速度，并将所述运动矢量速度发送到数据处理器；
所述数据处理器还用于根据所述运动矢量速度和所述采集周期，得到距离参数；
所述数据处理器还用于根据所述距离参数和所述开关光参数，得到开关光次数；
所述数据处理器还用于根据所述开关光次数得到PWM波形，并利用所述PWM波形控制CO2激光器开关的开断，所述CO2激光器用于根据开关的开断控制切割时的光功率，其中，所述PWM波形频率的大小为所述开关光次数。
6.根据权利要求5所述的均匀控制激光功率的系统，其特征在于，所述采集周期为1ms。
7.根据权利要求5所述的均匀控制激光功率的系统，其特征在于，所述距离参数为：
L＝V×Δt，其中V为当前切割的运动矢量速度，Δt为预先设定的采集周期。
8.根据权利要求7所述的均匀控制激光功率的系统，其特征在于，所述开关光次数为：
A＝L×N，其中N为预先设定的开关光参数。
9.根据权利要求5所述的均匀控制激光功率的系统，其特征在于，所述数据处理器为FPGA芯片。
10.根据权利要求5-9任一项所述的均匀控制激光功率的系统，其特征在于，所述数据处理器与所述CO2激光器之间设置有光电耦合器。
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